JP7471842B2 - トナー - Google Patents
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Description
トナーの低温定着性を向上するために、ワックスや結晶性樹脂などの結晶性材料が用いられる。結晶性材料は、その材料の持つ融点で溶融し、トナーの結着樹脂を可塑化し、トナーの溶融変形を促す。
こうした定着性の良化に伴い、トナーの溶融特性にばらつきが生じると、グロスが大きく振れ、グロスムラが発生することがある。グロスムラは、印字率の高い画像で目立ちやすく、高まり続けるプリント画質への要求に応えるためにも、改善が求められている。
更に、溶融特性を改善する過程において、溶融温度そのものを下げることも手段としてよく用いられる。その場合、多様な環境で使用されることを想定した場合、トナーの保存安定性が損なわれてしまうことも少なくない。環境に依らず、安定してプリンターを使うために保存安定性の改善が求められている。
上記課題に対して、従来より数多くの技術が開示されている(例えば特許文献1、特許文献2)。しかしながら、これら提案のトナーであっても、現像性、グロスムラ抑制、保存安定性の高度な成立に関しては不十分であり改善が求められている。
該結晶性樹脂の重量平均分子量が1000以上3500以下であり、
該ワックスは、炭化水素ワックスを含有し、該炭化水素ワックスの含有量がワックス総量に対して80%以上であり、
該結晶性樹脂と該炭化水素ワックスのHansenの溶解度パラメータの差が2.5以下であることを特徴とするトナーに関する。
該結晶性樹脂の重量平均分子量が1000以上4500以下であり、
該結晶性樹脂と該炭化水素ワックスのHansenの溶解度パラメータの差が2.5以下であることを特徴とするトナーである。
RmSiYn (I)
[式中、Rはアルコキシ基を示し、mは1から3の整数を示し、Yはアルキル基、ビニル基、エポキシ基、(メタ)アクリル基などの官能基を示し、nは1から3の整数を示す。但し、m+n=4である。]
トナーの重量平均粒径(D4)及び個数平均粒径(D1)は、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いて、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行ない、算出した。
1.Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行なう。そして、解析ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
2.ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れ、この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
3.発振周波数50kHzの発振器2個を位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispersion System Tetora150」(日科機バイオス社製)の水槽内に所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加する。
4.前記2.のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
5.前記4.のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。尚、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
6.サンプルスタンド内に設置した前記1.の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記5.の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行なう。
7.測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行ない、重量平均粒径(D4)、個数平均粒径(D1)を算出する。なお、専用ソフトでグラフ/個数%、グラフ/体積%とそれぞれ設定したときの、分析/個数統計値(算術平均)、分析/体積統計値(算術平均)画面の「算術径」がそれぞれ個数平均粒径(D1)、重量平均粒径(D4)である。
HSPは分散項、極性項、水素結合項からなる、三次元ベクトル量である。本発明では、極性項を用いる。
結晶性ポリエステルの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定する。
装置:高速GPC装置「HLC-8220GPC」[東ソー(株)製]
カラム:LF-604の2連
溶離液:THF
流速:0.6ml/min
オーブン温度:40℃
試料注入量:0.020ml
炭化水素ワックスの分子量は、高温ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定することができる。
装置:HLC-8121GPC/HT(東ソー社製)
検出器:高温用RI
カラム:TSKgel GMHHR-H HT 2連(東ソー社製)
温度:135.0℃
溶媒:ゲルクロマトグラフ用o-ジクロロベンゼン(BHT 0.10wt/vol%添加)
流速:1.0ml/min
注入量:0.4ml
ワックスの分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F-850、F-450、F-288、F-128、F-80、F-40、F-20、F-10、F-4、F-2、F-1、A-5000、A-2500、A-1000、A-500」、東ソー社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。
炭化水素ワックス、結晶性樹脂の結晶化温度は、DSC Q1000(TA Instruments社製)を使用して以下の条件にて測定を行った。測定条件は、昇温速度:10℃/min、測定温度範囲は20℃~180℃とし、スタンダードモードで測定した。試料は約2mgを精秤し、銀製のパンの中に入れ、リファレンスとして空の銀製のパンを用い、示差走査熱量測定を行った。本発明の結晶化温度とは、180℃に昇温した後の降温時に得られる発熱ピークにおいて、最大発熱ピークのピークトップの温度を指す。発熱ピークが複数存在する場合には、最も発熱量の大きいピークの温度を採用する。なお、例えば炭化水素ワックスを複数種含む場合には、単体を入手し、トナー中の含有量と同じ比率で炭化水素ワックスを粉砕、均一混合して測定する。結晶性樹脂を複数含む場合も同様に行う。
Fe2+を2.0mol/L含有する硫酸鉄第一水溶液50リットルに、4.0mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液55リットルを混合撹拌し、水酸化第一鉄コロイドを含む第一鉄塩水溶液を得た。この水溶液を85℃に保ち、20L/minで空気を吹き込みながら酸化反応を行い、コア粒子を含むスラリーを得た。
iso-ブチルトリメトキシシラン30質量部をイオン交換水70質量部に撹拌しながら滴下した。その後、この水溶液をpH5.5、温度55℃に保持し、ディスパー翼を用いて、周速0.46m/sで120分間分散させて加水分解を行った。その後、水溶液のpHを7.0とし、10℃に冷却して加水分解反応を停止させた。こうしてシラン化合物を含有する水溶液を得た。
磁性酸化鉄の100質量部をハイスピードミキサー(深江パウテック社製 LFS-2型)に入れ、回転数2000rpmで撹拌しながら、シラン化合物を含有する水溶液8.0質量部を2分間かけて滴下した。その後5分間混合・撹拌した。次いで、シラン化合物の固着性を高めるために、40℃で1時間乾燥し、水分を減少させた後に、混合物を110℃で3時間乾燥し、シラン化合物の縮合反応を進行させた。その後、解砕し、目開き100μmの篩を通して磁性体1を得た。
窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した反応槽中に、テレフタル酸40mol%、トリメリット酸10mol%、ビスフェノールA-PO2mol付加物50mol%を入れた後、触媒としてジブチル錫をモノマー総量100質量部に対して1.5質量部添加した。次いで、窒素雰囲気下にて常圧で180℃まで素早く昇温した後、180℃から210℃まで10℃/時間の速度で加熱しながら水を留去して重縮合を行った。210℃に到達してから反応槽内を5kPa以下まで減圧し、210℃、5kPa以下の条件下にて重縮合を行い、非晶性ポリエステル樹脂を得た。その際、得られるポリエステル樹脂の軟化点が120℃となるように重合時間を調整した。
窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した反応槽中に、1,9-ノナンジオール45mol%、1,10-ドデカン二酸55mol%を入れた後、触媒としてジオクチル酸錫をモノマー総量100質量部に対して1質量部添加し、窒素雰囲気下で140℃に加熱して常圧下で水を留去しながら6時間反応させた。次いで、200℃まで10℃/時間で昇温しつつ反応させ、200℃に到達してから2時間反応させた後、反応槽内を5kPa以下に減圧して200℃で分子量を見ながら反応させ、結晶性ポリエステル1(結晶性樹脂1)を得た。結晶性ポリエステル1の重量平均分子量(Mw)は2000であった。
結晶性ポリエステル1の製造例において、反応温度、モノマー比率、反応時間、触媒量を表1のように変更することで結晶性ポリエステル2~13(結晶性樹脂2~13)を得た。
下記の手順によってトナー粒子、トナーを製造した。
イオン交換水353.8質量部にリン酸ナトリウム12水和物2.9質量部を投入してT.K.ホモミクサー(特殊機化工業(株)製)を用いて撹拌しながら60℃に加温した後、イオン交換水11.7質量部に塩化カルシウム2水和物1.7質量部を添加した塩化カルシウム水溶液と、イオン交換水15.0質量部に塩化マグネシウム0.5質量部を添加した塩化マグネシウム水溶液を添加して撹拌を進め、第一水系媒体を得た。
・スチレン 70.0質量部
・n-ブチルアクリレート 30.0質量部
・磁性体1 95.0質量部
・ポリエステル樹脂 5.0質量部
上記材料をアトライター(三井三池化工機(株)製)を用いて均一に分散混合した後、60℃に加温し、そこに炭化水素ワックスとして表2に記載の炭化水素1(融点76℃、結晶化温度75℃)10.0質量部、結晶性樹脂として結晶性ポリエステル1 10.0質量部を添加混合し、溶解して重合性単量体組成物を得た。
イオン交換水166.8質量部にリン酸ナトリウム12水和物0.6質量部を投入してパドル撹拌翼を用いて撹拌しながら60℃に加温した後、イオン交換水2.3質量部に塩化カルシウム2水和物0.3質量部を添加した塩化カルシウム水溶液を添加して撹拌を進め、第二水系媒体を得た。
上記第一水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、この造粒液を、キャビトロン(ユーロテック社製)を用いて、回転子の周速を29m/sにて1時間処理を行い、均一に分散混合して、更に重合開始剤としてt-ブチルパーオキシピバレート7.0質量部を投入し、60℃、N2雰囲気下においてクレアミックス(エムテクニック社製)にて周速22m/sで10分間撹拌しながら造粒し、重合性単量体組成物の液滴を含む造粒液を得た。
上記第二水系媒体中に上記造粒液を投入し、パドル撹拌翼で撹拌しながら74℃で3時間反応させた。反応終了後、98℃に昇温して3時間蒸留させ反応スラリーを得た。その後、98℃から35℃まで0.5℃/分の速度で冷却した後、25℃まで室温で放冷した。放冷した反応スラリーを、塩酸を加えて洗浄し、濾過・乾燥して、重量平均粒径が7.4μmのトナー粒子を得た。
・ヘキサメチルジシラザンで表面処理した一次粒子の個数平均粒径5nmの疎水性シリカ微粒子 0.5質量部
・ステアリン酸で表面処理したペロブスカイト型結晶のチタン酸ストロンチウム
0.3質量部
磁性トナー1の製造例において、表3に示すような材料構成にした以外は、磁性トナー1の製造例と同様にして、磁性トナー2~19、22~29を得た。得られた磁性トナーの物性を表1に示す。
・アクリル樹脂(星光PMC社製VS-1057) 100.0質量部
・モノアゾ染料の鉄錯体(T-77:保土ヶ谷化学社製) 1.5質量部
・磁性体1 95.0質量部
・炭化水素ワックス7 5.0質量部
・結晶性ポリエステル8 5.0質量部
上記原材料を三井ヘンシェルミキサで予備混合した後、130℃、200rpmに設定した二軸混練押し出し機によって混練した。得られた混練物を常温まで急速に冷却したが、このときの冷却速度は20℃/秒以上であった。カッターミルで粗粉砕した後、得られた粗粉砕物を、ターボミルT-250(ターボ工業社製)を用いて、排気温度が50℃になるようエアー温度を調整して微粉砕し、コアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級し、トナー粒子20を得た。その後、磁性トナー1の製造例と同様にして、磁性トナー20を得た。トナー物性を表4に示す。また、トナーの粒径(D4)は7.4μmであった。
●樹脂粒子分散液の製造例
・スチレン 90.0質量部
・n-ブチルアクリレート 10.0質量部
・β-カルボキシエチルアクリレート 2.0質量部
・1,6ヘキサンジオールジアクリレート 0.4質量部
・ドデカンチオール(和光純薬製) 0.7質量部
・結晶性ポリエステル8 3.0質量部
フラスコに上記材料を投入し、混合及び溶解し、溶液を得た。
・炭化水素ワックス7 50.0質量部
・アニオン性界面活性剤 0.3質量部
(第一工業製薬(株)製、ネオゲンRK)
・イオン交換水 150.0質量部
以上を混合して95℃に加熱し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて分散した。その後、マントンゴーリン高圧ホモジナイザ(ゴーリン社製)で分散処理し、ワックス粒子を分散させてなるワックス分散液1(固形分濃度:25質量%)を調製した。得られたワックス粒子の体積平均粒径は0.20μmであった。
Fe2+を2.0mol/L含有する硫酸鉄第一水溶液50リットルに、4.0mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液55リットルを混合撹拌し、水酸化第一鉄コロイドを含む第一鉄塩水溶液を得た。この水溶液を85℃に保ち、20L/minで空気を吹き込みながら酸化反応を行い、コア粒子を含むスラリーを得た。
・磁性トナー21用磁性体 25.0質量部
・イオン交換水 75.0市部
上記材料を混合して、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて8000rpmで10分間分散し、磁性体分散液を得た。該磁性体分散液中の磁性体の体積平均粒径は0.23μmであった。
・樹脂粒子分散液(固形分25.0質量%) 150.0質量部
・ワックス分散液(固形分25.0質量%) 15.0質量部
・磁性体分散液(固形分25.0質量%) 105.0質量部
ビーカーに、上記材料を投入し、水の総部数が250質量部になるように調整した後、30.0℃に温調した。その後、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて、5000rpmで1分間撹拌することにより混合した。
実施例の画出し評価には、市販のレーザープリンタLaserJetEnterpriseM506(ヒューレット・パッカード社製)を用いた。本体からカートリッジを取り出し、カートリッジから製品トナーを抜き取り、磁性トナー1を300g充填した。本体及びカートリッジは、それぞれの画出し評価に際して、温湿度を制御したそれぞれの環境下に24時間放置した後、画出し評価を行った。画出し評価に関しては、下記の評価を行い、下記の指標で判断した。評価結果を表5に示す。
試験用の出力画像としては、印字率が1%の横線画像を、2枚間欠通紙にて1000枚印字した。試験に用いる評価紙は、坪量が75g/m2のbusiness4200(Xerox社製)を用い、1000枚印字する前と後での画像濃度差をマクベス反射濃度計(マクベス社製)にて測定した。なお、低温低湿環境は、帯電量分布の変化を厳しく見ることが出来る環境であり、例えば、結晶性樹脂や炭化水素ワックスの分散状態が変化した際に、画像濃度が低下する傾向にある。
[評価基準]
A:0.02以下
B:0.03以上0.06未満
C:0.06以上0.15未満
D:0.15以上
上記プリンターを用いて、ベタ黒画像を連続5枚出力した。各ベタ黒画像を9分割して、PG-3D(日本電色工業製)を用いてグロス値の測定を行った。9点のデータを、5枚すべてについて取り、45点の最大値と最小値および平均値を出した。最大値、最小値の平均値に対する振れ幅で評価した。
[評価基準]
A:3.0%以下
B:3.1%以上5.0%以下
C:5.1%以上10.0%以下
D:10.1%以上
温度45℃湿度50%の環境に20日放置し、その後、ベタ白画像を500枚連続で印字し、ベタ黒画像を出力した。そこで縦白スジ(現像スジ)が出るかどうかで保存性を評価した。目視による判定を行い、問題なければ更に500枚印字して同様に評価を行い、5000枚まで評価を行った。保存性に劣るとトナーの凝集が起こるため、縦白スジとして画像にでる傾向がある。
[評価基準]
A:5000枚でも発生なし
B:4000枚より大きく5000枚で発生
C:2000枚より大きく4000枚以下で発生
D:2000枚以下で発生
磁性トナー2~29について、実施例1と同様にして、評価を行った。評価結果を表5に示す。
Claims (10)
- 結着樹脂、結晶性樹脂、ワックス、着色剤を有するトナー粒子を含むトナーであって、
該結晶性樹脂の重量平均分子量が1000以上3500以下であり、
該ワックスは、炭化水素ワックスを含有し、該炭化水素ワックスの含有量がワックス総量に対して80%以上であり、
該結晶性樹脂と該炭化水素ワックスのHansenの溶解度パラメータの差が2.5以下であることを特徴とするトナー。 - 該炭化水素ワックスと該結晶性樹脂の結晶化温度の差が2℃以上ある請求項1に記載のトナー。
- 該結晶性樹脂が結晶性ポリエステルである請求項1又は2に記載のトナー。
- 該結晶性ポリエステルが脂肪族ジカルボン酸と脂肪族ジオールの縮合物である請求項1~3のいずれか1項に記載のトナー。
- 該炭化水素ワックスの重量平均分子量が300以上2000以下である請求項1~4のいずれか1項に記載のトナー。
- 該結晶性ポリエステルが脂肪族ジオールおよび脂肪族ジカルボン酸で構成される成分が主成分であり、脂肪族ジオールの炭素数が7以上であり、かつ、脂肪族ジカルボン酸の炭素数が12以上である請求項1~5のいずれか1項に記載のトナー。
- 該炭化水素ワックスと該結晶性樹脂が該トナーの内部で複合結晶を形成している請求項1~6のいずれか1項に記載のトナー。
- 該着色剤が磁性体である請求項1~7のいずれか1項に記載のトナー。
- 該脂肪族ジカルボン酸が直鎖状のアルキレン基の両末端にカルボキシル基を有する構造であり、該脂肪族ジオールが直鎖状のアルキレン基の両末端にヒドロキシル基を有する構造である請求項4または6に記載のトナー。
- 請求項1~9のいずれか1項に記載のトナーの製造方法であって、炭化水素ワックス、結晶性樹脂を溶融状態で混合する工程を含むことを特徴とするトナーの製造方法。
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